容性設(shè)備介損在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)探討

鮮成

摘 要：保障電氣設(shè)備的安全是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要因素，介質(zhì)損耗在線監(jiān)測能夠有效的反映高壓容性設(shè)備的絕緣性能。文章通過探討容性設(shè)備介損在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，通過基于DSP和CPLD的在線監(jiān)控技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)處于早起發(fā)展階段的容性設(shè)備存在的絕緣缺陷，防止設(shè)備損壞，給社會帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：容性設(shè)備；在線監(jiān)測；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TM835.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0012-02

1 容性設(shè)備特點(diǎn)概述

容性設(shè)備主要包括電容式電壓互感器、電流互感器、變壓器套管等設(shè)備。其絕緣體為鋁箔均壓電極和高壓電纜紙共同組成的油紙電容芯子，在日常使用中容易受到局部缺陷、層間短路、絕緣整體受潮等因素導(dǎo)致絕緣體下降，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，產(chǎn)生故障問題。

2 在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展及趨勢

對容性電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)研究在國外已有70多年的歷史，有部分產(chǎn)品已經(jīng)投入商業(yè)使用，美國、加拿大和澳大利亞等國家也研究出同等裝置并投入使用。而我國相對來說發(fā)展的比較緩慢，對此類技術(shù)的研究大約有20 a。針對介損數(shù)字化測量方法及有效的故障解決方法的問題引起了國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)的高度重視。雖然國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)和高校也已經(jīng)投入了很多人力和物力對該技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，且已有產(chǎn)品投入使用。但技術(shù)方面依然存在一定的缺陷，實(shí)際運(yùn)行效果不僅沒有達(dá)到預(yù)計(jì)效果，而且經(jīng)濟(jì)與社會效益差。

從國內(nèi)外研究來看，測量電容量Cx及介質(zhì)損耗tanδ，即可發(fā)現(xiàn)容性設(shè)備存在的缺陷。該項(xiàng)目已被列為重點(diǎn)測量對象，所有的在線監(jiān)測系統(tǒng)都對該項(xiàng)目進(jìn)行研究。

3 該技術(shù)的研究內(nèi)容及實(shí)施方案

3.1 研究內(nèi)容

在線監(jiān)測技術(shù)的研究內(nèi)容主要有以下幾方面：

①采用諧波分析法對容性設(shè)備介損進(jìn)行研究；

②在線監(jiān)測單元基于DSP和CPLD設(shè)計(jì)；

③以CPLD和DSP為基礎(chǔ)進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)；

④以DSP為基礎(chǔ)，研究優(yōu)化快速傅里葉變換（FFT）。

3.2 實(shí)施方案

本項(xiàng)目探討容性設(shè)備介損在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)DSP以及CPLD為根本，創(chuàng)新研究出一種新型的在線監(jiān)測系統(tǒng)。采用諧波分析法，通過鎖相倍頻技術(shù)對電網(wǎng)頻率進(jìn)行跟蹤，完成整周期采樣，同時(shí)要去除頻譜泄露對電網(wǎng)頻率的干擾，運(yùn)用優(yōu)化的快速傅里葉變換（FFT），算出電流與電壓的基波系數(shù)，計(jì)算出介質(zhì)損耗的電氣參數(shù)以及相位差，通過RS485總線將介損參數(shù)上傳到主控室。

3.3 在線測試容性設(shè)備的測量方法

絕對值測量法采用的原理接線圖，如圖1所示。在PT二次端子獲取電壓信號，通過連接地上的電流傳感器或者設(shè)備末屏對電流信號進(jìn)行收集，經(jīng)過儀器處理后，即可得到被測介損以及電容量。

3.3.1 對現(xiàn)場故障模擬及可行性進(jìn)行分析

任何電介質(zhì)在電壓作用下都會發(fā)生介質(zhì)損耗。介損消耗會伴隨著溫度上升，導(dǎo)致絕緣材料老化。假如介質(zhì)溫度過高，就會出現(xiàn)絕緣材料融化和燒焦的現(xiàn)象，進(jìn)而使材料失去絕緣作用引發(fā)熱擊穿現(xiàn)象。由此可見，介損消耗對容性設(shè)備的絕緣水平起到?jīng)Q定性作用。容性設(shè)備的絕緣性，如圖2（a）（b）所示。電容電壓Uc與電阻電壓分量Ur構(gòu)成了介質(zhì)的電壓。一般絕緣性好的介質(zhì)，Uc>Ur。

3.3.2 實(shí)施帶電測試并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

我們把110 kV蓮塘站1102 CT作為試驗(yàn)對象。對容性設(shè)備帶電設(shè)備進(jìn)行故障測試診斷試驗(yàn)。內(nèi)容如下：以蓮塘站1102 CT之前的在線數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，采用tanδ=ωCx. Xr進(jìn)行計(jì)算，數(shù)據(jù)見表1。以50%～100%之間為介損變化率的最佳值，由于變化率過小，進(jìn)而導(dǎo)致故障現(xiàn)象不明顯，因此判斷不出故障原因，如果變化率過大，又會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無缺陷時(shí)的介質(zhì)損耗，仍然不能準(zhǔn)確對結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。

對蓮塘站1102CT帶電測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表2，tanδp是計(jì)算出來的。帶電測試的數(shù)據(jù)與停電測試的數(shù)據(jù)變化不明顯，因此說明反映設(shè)備的真正狀態(tài)可由帶電測試系統(tǒng)完成。

3.4 路線及技術(shù)關(guān)鍵

①諧波分析法：對檢測設(shè)備的電流電壓信號用離散傅里葉變換進(jìn)行諧波分析，算出相應(yīng)的基波，計(jì)算出介損因數(shù)和相位差。根據(jù)三角函數(shù)的正交性的特點(diǎn)，克服溫漂、諧波的零漂等因素對傅里葉變換求解時(shí)的干擾，因此得出的結(jié)果具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，同時(shí)保證了測量精度的準(zhǔn)確。

②整周期采樣：在完成周期性電參量測量的過程中，保證實(shí)時(shí)信號的同步采樣是測量精準(zhǔn)的關(guān)鍵。以便于防止傅里葉在變換過程中出現(xiàn)頻譜泄露現(xiàn)象。以CPLD作為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)鎖相倍頻電路，實(shí)現(xiàn)整周期采樣，隨時(shí)跟蹤電網(wǎng)頻率，保證電網(wǎng)頻率的同步，完成精準(zhǔn)測量。

整個(gè)檢測系統(tǒng)可分為3個(gè)子系統(tǒng)：

①現(xiàn)場中相關(guān)的傳感器和被監(jiān)測的電氣設(shè)備；

②數(shù)據(jù)采集單元和信號預(yù)處理系統(tǒng)；

③信號診斷系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

目前容性設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)雖然已經(jīng)投入使用，但技術(shù)仍存在一定的缺陷，本文對信號提取、監(jiān)測方法和介質(zhì)損耗在線測量的處理方法，對容性設(shè)備介損在線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行深入研究和探討，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王玉巧，李文方.容性電氣設(shè)備在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電子測試， 2013，（8）.